水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略研究

李朝輝

摘要：本文對(duì)水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有效方法進(jìn)行論述，發(fā)現(xiàn)水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化的位置很多，如材料籌備、準(zhǔn)備工作、岔管設(shè)計(jì)等方面，由于復(fù)雜的影響因素種類(lèi)較多，且混凝土結(jié)構(gòu)的覆蓋范圍較大，因此設(shè)計(jì)人員必須擁有超高的技術(shù)水準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際對(duì)應(yīng)出適宜的解決方法。

Abstract： This paper discusses the effective design method of concrete structure in hydraulic engineering. It is found that the concrete structure needs to be optimized in water conservancy projects， such as material preparation， preparation work， manifold design， etc. And the coverage of the concrete structure is large， so the designer must have a super high technical level， and the corresponding solution is combined with the actual situation.

關(guān)鍵詞：水利工程;混凝土結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì);策略

Key words： hydraulic engineering;concrete structure;optimization design;strategy

中圖分類(lèi)號(hào)：TV33 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）23-0183-03

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展與進(jìn)步，水利工程建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量與日俱增，建設(shè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，因此這些變化的存在給設(shè)計(jì)人員的工作提出了更多難題，尤其混凝土結(jié)構(gòu)層面的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)的耐用性、持久性等方面指標(biāo)存在不達(dá)標(biāo)的情況，加上裂縫問(wèn)題的影響，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案合理性必須得到保證。

1 ?水利工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

1.1 水利工程混凝土材料配比不合理

水利工程混凝土材料使用中的配比方面比較容易出現(xiàn)問(wèn)題，因此材料配比上的合理性直接影響著混凝土的質(zhì)量，其中的孔洞、氣泡、麻面等問(wèn)題的出現(xiàn)大多是因?yàn)榛炷僚浔炔粔蚝侠?，不能讓建筑工程的使用部位要求得到滿足。一般情況下，混凝土結(jié)構(gòu)主要由水泥、碎石、砂等基本材料構(gòu)成。水泥的質(zhì)量直接對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生作用，因此原料的配比設(shè)計(jì)如果存在問(wèn)題，那么執(zhí)行攪拌環(huán)節(jié)時(shí)，就可能出現(xiàn)問(wèn)題，如混凝土拌合物出現(xiàn)較為嚴(yán)重的離析，混凝土土料出現(xiàn)干硬問(wèn)題等，最終可能導(dǎo)致入倉(cāng)混凝土料或是骨料過(guò)于集中?；炷翑備伭弦部赡艹霈F(xiàn)攤鋪的過(guò)厚、漏振等問(wèn)題，此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)比較容易出現(xiàn)孔洞、麻面等質(zhì)量問(wèn)題。

1.2 水熱化、應(yīng)力過(guò)于集中，出現(xiàn)裂縫

混凝土的結(jié)構(gòu)中比較容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，而導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的原因是多種多樣的，但是其中最為常見(jiàn)的兩個(gè)原因是溫度與應(yīng)力。混凝土澆筑操作環(huán)節(jié)結(jié)束以后，需要給混凝土結(jié)構(gòu)足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，整個(gè)過(guò)程需要對(duì)大體積混凝土的溫度進(jìn)行水平維持，盡量不要出現(xiàn)溫差過(guò)大的情況，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差過(guò)大，形成裂縫，養(yǎng)護(hù)的溫度最好控制在平均25℃左右。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力也容易導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)中的某個(gè)部位如果受到的應(yīng)力超出了結(jié)構(gòu)的承受極限就可能導(dǎo)致裂縫。

1.3 岔管設(shè)計(jì)不夠合理

水利工程建設(shè)中，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的岔管部分較為重要，同時(shí)擁有較大的難度，需要設(shè)計(jì)人員具備較強(qiáng)的技能素質(zhì)，讓結(jié)構(gòu)的合理性得到滿足。設(shè)計(jì)人員最好根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行岔管的形式與材料進(jìn)行確定，盡量可以通過(guò)人為設(shè)計(jì)減少后期開(kāi)裂問(wèn)題出現(xiàn)的概率，讓岔管設(shè)計(jì)方法的作用可以全面發(fā)揮。但是需要注意的是混凝土結(jié)構(gòu)的變形與受力特征還是會(huì)受到復(fù)雜的實(shí)際狀況影響，因此，計(jì)算工作的精確度必須滿足相應(yīng)要求，同時(shí)注意對(duì)施工工期的監(jiān)測(cè)與信息反饋工作監(jiān)控，保證工程建設(shè)的質(zhì)量水準(zhǔn)可以滿足實(shí)際需要。

2 ?水利工程中的混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)路徑

2.1 混凝土原料設(shè)計(jì)的科學(xué)配置

對(duì)混凝土原料進(jìn)行的科學(xué)配置是保證工程建設(shè)的質(zhì)量水平達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的重要因素之一，因此此項(xiàng)工作必須得到專(zhuān)業(yè)人員的重視。保障混凝土原料得到科學(xué)、合理配置，可以有效減少起泡、孔洞、麻面等問(wèn)題的出現(xiàn)，不僅可以較少后期調(diào)整維護(hù)的操作，還可以節(jié)省大量的成本投入。當(dāng)然預(yù)防這些問(wèn)題出現(xiàn)的步驟也較為復(fù)雜，每個(gè)問(wèn)題的預(yù)防都需對(duì)應(yīng)不同的技術(shù)操作：

首先，預(yù)防氣泡出現(xiàn)。施工技術(shù)人員需要選擇細(xì)度模數(shù)在2.0-3.0范圍之內(nèi)的天然砂、人工砂，并根據(jù)混凝土的配合比進(jìn)行劑量控制，并酌情控制外加劑的摻入量，讓混凝土的攤鋪、振搗等操作可以順利展開(kāi);對(duì)于混凝土的攤鋪厚度，也要進(jìn)行科學(xué)控制，最好在30-50cm的范圍之內(nèi)，同時(shí)注意振搗時(shí)要將振搗幫緩慢的拔出，這些操作都可以有效避免氣泡的出現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)氣泡示意圖如圖1所示。

其次，孔洞出現(xiàn)的預(yù)防策略。混凝土攪拌步驟比較容易出現(xiàn)孔洞，因此攪拌的均勻性一定要達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)?；炷恋暮鸵仔暂^好，因此技術(shù)人員需要采用分層攤鋪的方式開(kāi)展工作，并保證振搗操作的均勻，并保證模板支撐操作的牢固性。如果發(fā)現(xiàn)不可避免的出現(xiàn)了孔洞，應(yīng)對(duì)空洞部分的松散物進(jìn)行處理，清除干凈后可以使用細(xì)石混凝土進(jìn)行填塞處理。再次是混凝土的露筋問(wèn)題，在混凝土施工中也較為常見(jiàn)，處理的科學(xué)方法是首先要在安裝鋼筋的時(shí)候注重位置上的精確確定，然后保證焊接操作的質(zhì)量，同時(shí)注意混凝土保護(hù)層墊快的均勻性、牢固性達(dá)到要求，防止出現(xiàn)位移、踩踏等情況，如果已經(jīng)出現(xiàn)露筋的問(wèn)題，那么要先對(duì)外露鋼筋上的銹斑進(jìn)行清理，配合抹平與壓光措施，讓鋼筋獲得更好的護(hù)理，然后全部準(zhǔn)備工作落實(shí)好后，使用澆灌技術(shù)將混凝土進(jìn)行加厚，圖2為混凝土孔洞示意圖。

2.2 混凝土裂縫的控

混凝土結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)方案上裂縫是較為常見(jiàn)的問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)工作往往會(huì)對(duì)此部分內(nèi)容進(jìn)行重視，配合科學(xué)的預(yù)防與治理措施，控制裂縫數(shù)量與產(chǎn)生部位。首先，工作人員要在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)混凝土的承載力進(jìn)行科學(xué)控制，防止出現(xiàn)裂縫。如果裂縫不可避免，那么也需要通過(guò)一定的方法，讓裂縫的范圍得到控制。一般情況下，可以根據(jù)工程施工的基礎(chǔ)環(huán)境對(duì)荷載性質(zhì)、水壓力變化等因素科學(xué)操控。尤其是現(xiàn)代水利工程建設(shè)過(guò)程中，彎拉構(gòu)件上的一些裂縫控制較為棘手，給控制工作的效果獲取帶來(lái)了很多的難度。例如一些水工建筑中的非常規(guī)桿件，尤其要對(duì)裂縫的寬度進(jìn)行嚴(yán)格控制，裂縫的寬度設(shè)置可以根據(jù)混凝土構(gòu)件的裂性評(píng)估進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)依據(jù)次構(gòu)件的斷面作用力變化指數(shù)對(duì)裂紋的開(kāi)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。同時(shí)，需要注意的一點(diǎn)是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中要對(duì)鋼筋、混凝土的極限承受力進(jìn)行測(cè)定，然后讓裂縫的尺度控制更為專(zhuān)業(yè)、科學(xué)，保證裂縫不會(huì)對(duì)工程項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，結(jié)構(gòu)主體產(chǎn)生的裂縫形式如圖3所示。

2.3 優(yōu)化圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

襯砌方式與布局深度是影響混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣的兩個(gè)重要因素。在對(duì)混凝土襯砌進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)圍巖承擔(dān)的水壓力能力指標(biāo)，盡量不要超出指標(biāo)承受范圍?；炷恋慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化上應(yīng)先要將圍巖水壓力承載問(wèn)題進(jìn)行處理，首先，讓圍巖結(jié)構(gòu)中的最小覆蓋厚度得到確定，因?yàn)閲鷰r厚度如果不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的話，可能導(dǎo)致工程出現(xiàn)大量滲水問(wèn)題的出現(xiàn)，最終導(dǎo)致出現(xiàn)安全事故。

其次，最小厚度的測(cè)量工作應(yīng)依據(jù)平緩地表面與陡坡表面上臺(tái)準(zhǔn)則進(jìn)行確定，如此可以讓圍巖的承載力得到保證，進(jìn)而在采用不襯砌、限裂或非限裂混凝土襯砌的方法進(jìn)行方案擬定時(shí)，可以獲得較好的施工效果。

2.4 襯砌設(shè)計(jì)的優(yōu)化

襯砌的技術(shù)方案選擇上，必須要注意滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需求，同時(shí)對(duì)圍巖承載壓力進(jìn)行重點(diǎn)考慮，科學(xué)確定?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面，襯砌方法可以有多種選擇，但是如果直接從設(shè)計(jì)方面上看，可以直接將其分為開(kāi)裂與抗裂襯砌兩種，然后對(duì)水利工程的實(shí)際需求進(jìn)行襯砌方案上科學(xué)選擇，比較方案應(yīng)用上的合理性。確定好襯砌方式以后，要對(duì)鋼筋混凝土的襯砌與圍巖之間產(chǎn)生的聯(lián)合作用進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M，組織出一個(gè)二次應(yīng)力場(chǎng)，并在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼筋混凝土的二次應(yīng)力場(chǎng)的支護(hù)，讓襯砌操作中的變形、裂縫問(wèn)題得到科學(xué)處理。然后要對(duì)襯砌的配筋量進(jìn)行縮減，目的是可以在水利工程建設(shè)中獲得更好的建設(shè)效果。

2.5 計(jì)算混凝土溫度與濕度

水利工程建設(shè)中，溫度裂縫較為常見(jiàn)，這些溫度裂縫的出現(xiàn)影響可大可小，主要看其所處的位置?；炷两Y(jié)構(gòu)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對(duì)其進(jìn)行的設(shè)定不夠清晰，因此技術(shù)人員主要通過(guò)溫度場(chǎng)計(jì)算、應(yīng)力計(jì)算、混凝土抗裂性驗(yàn)算等方式對(duì)溫度裂縫的影響力進(jìn)行計(jì)算。溫度場(chǎng)、應(yīng)力計(jì)算等操作主要依靠采用限元、差分法求解等方法進(jìn)行解析，同時(shí)在開(kāi)展應(yīng)力計(jì)算工作時(shí)，要注意加入混凝土變化過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力松弛條件，保證計(jì)算的結(jié)果具備較強(qiáng)的可參考性。彈性溫度應(yīng)力折減的比例在35%左右。同時(shí)，需要注意的一點(diǎn)是經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的溫度計(jì)算與不同工程徐變計(jì)算公式的結(jié)果具備一致性，同時(shí)不同的配比下，試驗(yàn)值與計(jì)算值之間的比較松弛系數(shù)可以得到更為科學(xué)的確定。

從當(dāng)前的水利工程建設(shè)現(xiàn)狀上看，其發(fā)展的速度越來(lái)越快，加上水利工程建設(shè)項(xiàng)目的逐漸擴(kuò)大，因此混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作對(duì)工程質(zhì)量的保證作用逐漸增強(qiáng)，使用的范圍也在逐漸擴(kuò)大，故如果可以通過(guò)一定的方法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化可讓工程建設(shè)的效率得到增強(qiáng)，同時(shí)保證工程建設(shè)的質(zhì)量水平達(dá)到相應(yīng)水平?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化中要對(duì)混凝土原料、裂縫預(yù)防設(shè)計(jì)、合適的溫度計(jì)算公式確定等步驟進(jìn)行重視，通過(guò)科學(xué)合理的規(guī)劃，促進(jìn)水利工程項(xiàng)目的建設(shè)發(fā)展不但前進(jìn)。

3 ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在一些地形比較復(fù)雜的地區(qū)，混凝土的穩(wěn)定性易受到影響，容易出現(xiàn)開(kāi)裂，從而影響水利工程的建筑質(zhì)量，故水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作落實(shí)時(shí)必須秉承科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑瓌t，并根據(jù)工程項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)方案實(shí)施，盡量保證結(jié)構(gòu)建設(shè)工作因?yàn)楂@得科學(xué)的設(shè)計(jì)方案加持，質(zhì)量水平更高，并可以保證水利工程的壽命更長(zhǎng)。

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